O uso de ultra-som na natureza e tecnologia. Uma pequena mensagem sobre ultra-som

Com o desenvolvimento da acústica em final do XIX século, o ultrassom foi descoberto, ao mesmo tempo em que começaram os primeiros estudos do ultrassom, mas as bases para sua aplicação foram lançadas apenas no primeiro terço do século XX.

Ultrassom e suas propriedades

Na natureza, o ultrassom é encontrado como componente de muitos ruídos naturais: no barulho do vento, cachoeira, chuva, seixos do mar rolados pela arrebentação, nas descargas de raios. Muitos mamíferos, como gatos e cães, têm a capacidade de perceber o ultrassom com frequência de até 100 kHz, e as habilidades de localização de morcegos, insetos noturnos e animais marinhos são bem conhecidas de todos.

Ultrassom- vibrações mecânicas acima da faixa de frequência audível ao ouvido humano (tipicamente 20 kHz). As vibrações ultrassônicas viajam em uma forma de onda, semelhante à propagação da luz. No entanto, ao contrário das ondas de luz, que podem viajar no vácuo, o ultrassom requer um meio elástico, como um gás, líquido ou sólido.

Os principais parâmetros de uma onda são comprimento de onda, frequência e período. As ondas ultrassônicas por sua natureza não diferem das ondas da faixa audível e obedecem às mesmas leis físicas. Mas, o ultra-som tem características específicas que determinaram seu amplo uso na ciência e tecnologia. Aqui estão os principais:

1. Comprimento de onda curto. Para a faixa ultrassônica mais baixa, o comprimento de onda não excede alguns centímetros na maioria das mídias. O comprimento de onda curto determina a natureza do raio da propagação das ondas ultrassônicas. Perto do emissor, o ultra-som se propaga na forma de feixes de tamanho próximo ao do emissor. Ao atingir heterogeneidades em um meio, um feixe ultrassônico se comporta como um feixe de luz, experimentando reflexão, refração e espalhamento, o que possibilita a formação de imagens sonoras em meios opticamente opacos usando efeitos puramente ópticos (focagem, difração, etc.).
2. Um curto período de oscilação, que permite emitir ultra-sons em forma de impulsos e efectuar uma selecção temporal precisa dos sinais em propagação no meio.

A possibilidade de obter altos valores de energia de vibração em uma pequena amplitude, pois a energia das oscilações é proporcional ao quadrado da frequência. Isso torna possível criar feixes e campos ultrassônicos com alto nível de energia sem a necessidade de grandes equipamentos.

Correntes acústicas significativas se desenvolvem no campo ultrassônico. Portanto, o impacto do ultrassom no meio ambiente gera efeitos específicos: físicos, químicos, biológicos e médicos. Como cavitação, efeito som-capilar, dispersão, emulsificação, desgaseificação, desinfecção, aquecimento local e muitos outros.

Precisa marinha principais potências - Inglaterra e França, para estudar as profundezas do mar, despertou o interesse de muitos cientistas no campo da acústica, tk. este é o único tipo de sinal que pode viajar longe na água. Assim, em 1826, o cientista francês Colladon determinou a velocidade do som na água. Em 1838, nos Estados Unidos, o som foi usado pela primeira vez para determinar o perfil do fundo do mar para colocar um cabo de telégrafo. Os resultados do experimento foram decepcionantes. O som do sino dava um eco muito fraco, quase inaudível entre outros sons do mar. Era necessário ir para a região de frequências mais altas, o que possibilitaria a criação de feixes sonoros direcionados.

O primeiro gerador de ultrassom foi feito em 1883 pelo inglês Francis Galton. O ultrassom foi criado como um apito na ponta de uma faca se você soprar nele. O papel de tal ponto no apito de Galton foi desempenhado por um cilindro com bordas afiadas. Ar ou outro gás escapando sob pressão através de um bocal anular com diâmetro igual ao da borda do cilindro correu contra a borda e ocorreram oscilações de alta frequência. Soprando o apito com hidrogênio, foi possível obter oscilações de até 170 kHz.

Em 1880, Pierre e Jacques Curie fizeram uma descoberta decisiva para a tecnologia ultrassônica. Os irmãos Curie notaram que quando a pressão é aplicada a cristais de quartzo, carga elétrica, que é diretamente proporcional à força aplicada ao cristal. Este fenômeno tem sido chamado de "piezoeletricidade" da palavra grega que significa "pressionar". Além disso, eles demonstraram um efeito piezoelétrico inverso, que ocorre quando um potencial elétrico em rápida mudança é aplicado a um cristal, fazendo-o vibrar. A partir de agora, tornou-se tecnicamente possível fabricar emissores e receptores de ultrassom de pequeno porte.

A morte do Titanic por uma colisão com um iceberg, a necessidade de combater uma nova arma - os submarinos exigiram o rápido desenvolvimento da hidroacústica ultrassônica. Em 1914, o físico francês Paul Langevin, juntamente com um talentoso cientista emigrante russo, Konstantin Vasilievich Shilovsky, desenvolveu pela primeira vez um sonar composto por um emissor de ultrassom e um hidrofone - um receptor de vibrações ultrassônicas baseado no efeito piezoelétrico. Sonar Langevin - Shilovsky, foi o primeiro dispositivo ultrassônico aplicado na prática. Ao mesmo tempo, o cientista russo S.Ya.Sokolov desenvolveu os fundamentos da detecção de falhas ultrassônicas na indústria. Em 1937, o psiquiatra alemão Karl Dussik, juntamente com seu irmão Friedrich, um físico, usou pela primeira vez o ultrassom para detectar tumores cerebrais, mas os resultados obtidos não eram confiáveis. Na prática médica, o ultrassom foi usado pela primeira vez apenas na década de 50 do século 20 nos Estados Unidos.

Percebemos oscilações de frequência de 20 a 20.000 Hz como som. Mas o som não se limita à faixa de frequência que o ouvido humano percebe. Na zona com frequências abaixo do audível encontra-se a região do infra-som e acima - ultra-som.

Definição 1

Ultrassom- oscilações elásticas do meio, ondas situadas na faixa acima da região audível dos sons (a partir de 20.000 Hz).

Definição 2

infra-som- ondas sonoras com frequência inferior ao limiar de percepção pelo ouvido humano (abaixo de 20 Hz).

Apresentamos todo o espectro de ondas elásticas na física:

Ultra-som e infra-som na natureza

Na natureza, o ultra-som e o infra-som são tão difundidos quanto o som audível.

Por exemplo, o ultrassom é um componente do espectro de muitos sons naturais: o som de uma cachoeira, trovão. O ultra-som atenua rapidamente no ar, mas se propaga bem em meio líquido. Outro exemplo são os morcegos e alguns roedores que usam ultrassom para caçar e navegar no escuro. Baleias e golfinhos também geram sinais ultrassônicos para diversos fins: caça, navegação em águas turbulentas.

Entre as fontes naturais de infra-som: terremotos, furacões, raios. Muitos animais sentem o efeito do infra-som e, consertando o crescente ruído infra-som, vão para o abrigo, pois o infra-som é um prenúncio de uma tempestade ou tempestade. Sinais infrassônicos na vida selvagem também são usados por alguns animais para comunicação: baleias, elefantes. O infra-som se propaga por longas distâncias em todos os meios e é pouco suscetível à absorção.

O uso de ultra-som e infra-som

O ultrassom é conhecido das pessoas há muito tempo, mas apenas recentemente tem sido usado ativamente na medicina, fabricação e pesquisa científica.

As fontes de obtenção de ultra-som são divididas em naturais e artificiais. Entre as formas de obter ultrassom:

Mecânica - cordas, tubos, placas elásticas.
Térmica - corrente de impulso e descargas elétricas em líquidos e gases com aumento constante de temperatura.
Óptico - laser.

Infrassom encontra aplicação menos prática e tem consequências negativas do impacto no corpo. Em níveis elevados de infra-som, pode ocorrer fadiga excessiva, sonolência, agressão e sensação de pressão nos ouvidos. O impacto do infra-som em uma pessoa é especialmente prejudicial se a intensidade do infra-som for alta. Em um nível de 180-190 dB, a ação do infra-som é mortal. No entanto, a sensibilidade de cada pessoa ao infra-som é individual, e os níveis usuais de infra-som em Vida cotidiana não pode causar sérios danos à saúde.

Exemplo

O morcego emite ultrassom com frequência ϑ = 45 kHz e voa perpendicularmente à parede com velocidade v = 6 m/s. Qual é a frequência do ultra-som refletido que o rato vai ouvir? A velocidade do som no ar é considerada c = 340 m/s.

De acordo com o efeito Doppler, a frequência do som refletido é determinada pela razão:

ϑ 1 \u003d c + v c - v ϑ \u003d 340 + 6 340 - 6 45 10 3 \u003d 46, 6 kHz.

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A faixa de frequência do ultrassom pode ser dividida em três áreas: Baixas frequências (Hz) - ULF. Frequências médias (Hz) - UCH. Altas frequências (Hz) - UZVCH. Cada uma dessas subáreas é caracterizada por características próprias, tempo, distância de propagação e aplicação.

Propriedades físicas e recursos de propagação: O limite de frequência entre ondas sonoras e ultrassônicas é condicional. No entanto, devido às frequências mais altas e comprimentos de onda curtos, ocorrem várias características do ultrassom. Assim, para comprimentos de onda ultrassônicos no ar são cm, e na água cm e no aço cm.

O conjunto de selos e rarefação que acompanha a propagação de uma onda ultrassônica é uma espécie de grade, na qual se observa a difração das ondas de luz em corpos opticamente transparentes. O curto comprimento das ondas ultrassônicas é a base para considerar sua propagação em vários casos pelos métodos da acústica geométrica. Tomograma do cérebro humano.

Fisicamente, isso leva a um padrão de propagação de raios. Isso implica em propriedades do ultra-som como a possibilidade de reflexão e refração geométrica, bem como a focalização do som. Focagem de um feixe ultrassônico na água com uma lente de plexiglass plano-côncava (frequência de ultra-som 8 MHz)

Ondas de alta intensidade são acompanhadas por uma série de efeitos que só podem ser descritos pelas leis da acústica não linear. Assim, a propagação das ondas ultrassônicas em gases e líquidos é acompanhada pelo movimento do meio, que é chamado de fluxo acústico. A velocidade do fluxo acústico depende da viscosidade do meio, da intensidade do ultrassom e de sua frequência; é pequeno e equivale a frações de % da velocidade do ultra-som. Velocidade de fase de uma onda harmônica

Entre os fenômenos não lineares importantes que ocorrem durante a propagação do ultrassom intenso em líquidos está a cavitação acústica - o crescimento em um campo ultrassônico de bolhas de núcleos submicroscópicos de gás ou vapor existentes em líquidos até frações de mm de tamanho, que começam a pulsar com a frequência do ultra-som e colapso na fase positiva da pressão.

Quando as bolhas de gás colapsam, surgem grandes pressões locais da ordem de milhares de atmosferas e formam-se ondas de choque esféricas. Microfluxos acústicos são formados perto das bolhas pulsantes. Fenômenos no campo da cavitação levam a vários fenômenos úteis (obtenção de emulsões, limpeza de peças contaminadas, etc.) e danosos (erosão de emissores, etc.).

Geração de ultrassom: Os dispositivos para geração de vibrações ultrassônicas são divididos em dois grupos: Mecânicos (em que a fonte do ultrassom é a energia mecânica de um fluxo de gás ou líquido) Eletromecânicos (a energia ultrassônica é obtida pela conversão de energia elétrica) Forma de onda (topo) e frequência -espectro de amplitude (inferior) de sons de piano (frequência fundamental 128 Hz).

Emissores mecânicos: Emissores de ultra-som mecânicos - apitos e sirenes de ar e líquido - são simples em design e operação, não requerem energia elétrica de alta frequência cara, a eficiência é de cerca de 20-30%. Apito de chifre de veado.

A principal desvantagem é relativamente ampla variedade frequências emitidas e instabilidade de frequência e amplitude, o que não permite seu uso para fins de medição; eles são usados principalmente na tecnologia ultrassônica industrial e em parte como dispositivos de sinalização. Cada farol tem seu próprio sistema de alerta. Na maioria das vezes, são sirenes e diafones.

Emissores eletromecânicos: O principal método de emissão de ultrassom. Na faixa ULF, é possível utilizar emissores eletrodinâmicos e eletrostáticos. Emissores de ultra-som usando o efeito magnetostritivo em níquel e em várias ligas especiais, também em ferritas, encontraram ampla aplicação nesta faixa de frequência.

A intensidade limite da radiação é determinada pela força e propriedades não lineares do material dos emissores, bem como pelas características de seu uso. A faixa de intensidade durante a geração é muito ampla: intensidades de até 0,1 são consideradas pequenas. Para obter mais intensidade do que na superfície do emissor, o foco pode ser usado.

L Tratamento das ondas longitudinais L por uma placa oscilando em espessura em um corpo sólido: 1 - uma placa de quartzo de corte X com uma espessura, onde é o comprimento de onda em quartzo; 2 - eletrodos metálicos; 3 - líquido (óleo de transformador) para acústica contato; 4 - oscilações do gerador elétrico; 5 - corpo sólido.

Aplicações do ultrassom: As aplicações do ultrassom são extremamente diversas. Ele serve como um método poderoso para estudar várias áreas da física (o estudo de sólidos e semicondutores) e desempenha um papel importante no estudo da matéria. O ultrassom é amplamente utilizado em engenharia, biologia e medicina. Imagem de um feto humano (17 semanas) obtida por ultrassonografia na frequência de 5 MHz.

Ultra-som em tecnologia. Usando o fenômeno de reflexão de ultra-som na fronteira de diferentes meios, dispositivos ultra-sônicos são usados para medir as dimensões de produtos ou para determinar o nível de água em recipientes inacessíveis. O ultrassom de baixa intensidade é amplamente utilizado para fins de testes não destrutivos de produtos.

Com a ajuda do ultrassom, a visão sonora é realizada: convertendo as vibrações ultrassônicas em vibrações elétricas e suas vibrações em luz, é possível ver certos objetos em um meio opaco à luz. Visão sonora por método de relevo de superfície: 1 fonte sonora; 2 objetos; 3 espelhos côncavos; 4 líquidos; 5 embarcações; 6 tela.

Muito papel importante o ultra-som desempenha na hidroacústica, uma vez que as ondas elásticas são o único tipo de ondas que se propagam bem na água do mar. Com base neste princípio, são construídos dispositivos como uma sonda de eco ou sonar. O princípio de funcionamento do sonar: 1 emissor; 2 receptores; 3 corpo refletivo.

Experimentar. Para o experimento, pegamos um emissor ultrassônico que cria vibrações no ar com comprimento de onda de cerca de 20 milímetros. Teoricamente, os cientistas dizem que, em tal campo acústico, objetos com tamanho de meio comprimento de onda, ou até menos, podem levitar. Na verdade: ELES ESTÃO SUBINDO NO AR!

O século 21 é o século da eletrônica de rádio, do átomo, da exploração espacial e do ultrassom. A ciência do ultra-som é relativamente jovem hoje. No final do século 19, P. N. Lebedev, um fisiologista russo, realizou seus primeiros estudos. Depois disso, muitos cientistas eminentes começaram a estudar o ultrassom.

O que é ultrassom?

O ultra-som é um efeito de propagação de ondas de partículas médias. Possui características próprias, nas quais se diferencia dos sons da faixa audível. É relativamente fácil obter radiação direcionada na faixa ultrassônica. Além disso, é bem focado, e como resultado disso, a intensidade das oscilações feitas aumenta. Ao se propagar em sólidos, líquidos e gases, o ultrassom dá origem a fenômenos interessantes que encontraram aplicação prática em muitas áreas da tecnologia e da ciência. Isso é o que é o ultrassom, cujo papel em várias esferas da vida hoje é muito grande.

O papel do ultrassom na ciência e na prática

Ultrassom em últimos anos passou a desempenhar um papel cada vez mais importante na pesquisa científica. Estudos experimentais e teóricos na área de fluxos acústicos e cavitação ultrassônica foram realizados com sucesso, o que permitiu aos cientistas desenvolver processos tecnológicos que ocorrem quando expostos ao ultrassom na fase líquida. É um método poderoso para estudar vários fenômenos em um campo de conhecimento como a física. O ultra-som é usado, por exemplo, na física de semicondutores e de estado sólido. Hoje, um ramo separado da química está sendo formado, chamado "química ultrassônica". Sua aplicação permite acelerar muitos processos químico-tecnológicos. Nascia também a acústica molecular - uma nova seção de acústica que estuda a interação molecular com a matéria. Surgiram novas áreas de aplicação do ultrassom: holografia, introscopia, acustoeletrônica, medição de fase ultrassônica, acústica quântica.

Além do trabalho experimental e teórico nesta área, muito trabalho prático tem sido feito hoje. Foram desenvolvidas máquinas ultrassônicas especiais e universais, instalações que operam sob pressão estática aumentada, etc.. As instalações ultrassônicas automáticas incluídas nas linhas de produção foram introduzidas na produção, o que pode aumentar significativamente a produtividade do trabalho.

Mais sobre ultrassom

Vamos falar mais sobre o que é o ultrassom. Já dissemos que são ondas elásticas e o ultra-som está acima de 15-20 kHz. As propriedades subjetivas da nossa audição determinam o limite inferior das frequências ultrassônicas, que a separa da frequência do som audível. Esse limite, portanto, é condicional, e cada um de nós define de maneira diferente o que é o ultrassom. O limite superior é indicado por ondas elásticas, sua natureza física. Eles se propagam apenas em um meio material, ou seja, o comprimento de onda deve ser significativamente maior que o caminho livre médio das moléculas presentes no gás ou as distâncias interatômicas em sólidos e líquidos. À pressão normal em gases, o limite superior das frequências ultrassônicas é de 10 9 Hz e em sólidos e líquidos - 10 12 -10 13 Hz.

Fontes de ultrassom

O ultrassom é encontrado na natureza tanto como componente de muitos ruídos naturais (cachoeira, vento, chuva, seixos rolados pela arrebentação, bem como nos sons que acompanham as descargas de trovoadas, etc.), quanto como parte integrante do mundo animal. Algumas espécies de animais o utilizam para orientação no espaço, detecção de obstáculos. Sabe-se também que os golfinhos utilizam o ultrassom na natureza (principalmente frequências de 80 a 100 kHz). Nesse caso, a potência dos sinais de localização emitidos por eles pode ser muito grande. Os golfinhos são conhecidos por serem capazes de detectar aqueles a até um quilômetro de distância deles.

Os emissores (fontes) de ultra-som são divididos em 2 grandes grupos. O primeiro são os geradores, nos quais as oscilações são excitadas devido à presença de obstáculos neles instalados no caminho de um fluxo constante - um jato de líquido ou gás. O segundo grupo, no qual as fontes de ultrassom podem ser combinadas, são os transdutores eletroacústicos, que convertem determinadas oscilações de corrente ou tensão elétrica em uma oscilação mecânica realizada sólido emitindo ondas acústicas para o ambiente.

Receptores de ultrassom

Em receptores médios e ultrassônicos, os transdutores eletroacústicos são mais frequentemente do tipo piezoelétrico. Eles podem reproduzir a forma do sinal acústico recebido, representado como uma dependência temporal da pressão sonora. Os dispositivos podem ser de banda larga ou ressonantes, dependendo das condições de aplicação a que se destinam. Os receptores térmicos são usados para obter as características do campo sonoro com média de tempo. São termistores ou termopares revestidos com uma substância absorvente de som. A pressão e a intensidade do som também podem ser estimadas por métodos ópticos, como difração de luz por ultra-som.

Onde o ultrassom é usado?

Existem muitas áreas de sua aplicação, utilizando vários recursos de ultra-som. Essas áreas podem ser divididas em três áreas. O primeiro deles está relacionado com a obtenção de várias informações por meio de ondas ultrassônicas. A segunda direção é sua influência ativa na substância. E o terceiro está relacionado à transmissão e processamento de sinais. O específico dos EUA é usado em cada caso. Abordaremos apenas algumas das muitas áreas em que encontrou sua aplicação.

Limpeza ultra-sônica

A qualidade de tal limpeza não pode ser comparada com outros métodos. Ao enxaguar peças, por exemplo, até 80% dos contaminantes permanecem em sua superfície, cerca de 55% - com limpeza por vibração, cerca de 20% - com limpeza manual e com limpeza ultrassônica, não permanecem mais que 0,5% de contaminantes. Detalhes que têm uma forma complexa podem ser bem limpos apenas com a ajuda do ultrassom. Uma importante vantagem de seu uso é a alta produtividade, bem como os baixos custos de mão de obra física. Além disso, é possível substituir solventes orgânicos caros e inflamáveis por soluções aquosas baratas e seguras, usar freon líquido, etc.

Um problema sério é a poluição do ar com fuligem, fumaça, poeira, óxidos metálicos, etc. Você pode usar o método ultrassônico de limpeza de ar e gás nas saídas de gás, independentemente da umidade e temperatura ambiente. Se um emissor ultrassônico for colocado em uma câmara de deposição de poeira, sua eficiência aumentará centenas de vezes. Qual é a essência de tal purificação? Partículas de poeira que se movem aleatoriamente no ar se chocam com mais força e mais frequentemente sob a influência de vibrações ultrassônicas. Ao mesmo tempo, seu tamanho aumenta devido ao fato de se fundirem. A coagulação é o processo de aumento de partículas. Suas acumulações pesadas e ampliadas são capturadas por filtros especiais.

Usinagem de materiais frágeis e superduros

Se você entrar entre a peça de trabalho e a superfície de trabalho da ferramenta que usa ultra-som, as partículas abrasivas durante a operação do emissor afetarão a superfície desta peça. Nesse caso, o material é destruído e removido, submetido a processamento sob a ação de diversos micro-impactos direcionados. A cinemática do processamento consiste no movimento principal - corte, ou seja, as vibrações longitudinais feitas pela ferramenta, e o auxiliar - o movimento de avanço que o aparelho realiza.

O ultrassom pode fazer uma variedade de trabalhos. Para grãos abrasivos, a fonte de energia são as vibrações longitudinais. Eles destroem o material processado. O movimento de alimentação (auxiliar) pode ser circular, transversal e longitudinal. O processamento ultrassônico é mais preciso. Dependendo do tamanho do grão do abrasivo, varia de 50 a 1 mícron. Usando ferramentas de várias formas, você pode fazer não apenas furos, mas também cortes complexos, eixos curvos, gravar, retificar, fazer matrizes e até perfurar um diamante. Os materiais usados como abrasivo são corindo, diamante, areia de quartzo, sílex.

Ultra-som em eletrônica de rádio

O ultrassom na engenharia é frequentemente usado no campo da eletrônica de rádio. Nesta área, muitas vezes torna-se necessário atrasar um sinal elétrico em relação a algum outro. Os cientistas encontraram uma boa solução sugerindo o uso de linhas de atraso ultrassônicas (LZ para abreviar). Sua ação se baseia no fato de que os impulsos elétricos são convertidos em ultrassônicos.Como isso acontece? O fato é que a velocidade do ultrassom é significativamente menor do que a desenvolvida por oscilações eletromagnéticas. Pulso de tensão após conversão reversa para elétrica vibrações mecânicas será atrasado na saída da linha em relação ao pulso de entrada.

Transdutores piezoelétricos e magnetostritivos são usados para converter vibrações elétricas em mecânicas e vice-versa. LZ, respectivamente, são divididos em piezoelétricos e magnetostritivos.

Ultrassom na medicina

Vários tipos de ultra-som são usados para influenciar os organismos vivos. Na prática médica, seu uso agora é muito popular. Baseia-se nos efeitos que ocorrem nos tecidos biológicos quando o ultra-som passa por eles. As ondas provocam flutuações nas partículas do meio, o que cria uma espécie de micromassagem tecidual. E a absorção do ultra-som leva ao seu aquecimento local. Ao mesmo tempo, certas transformações físico-químicas ocorrem em meios biológicos. Esses fenômenos no caso de danos irreversíveis moderados não causam. Eles apenas melhoram o metabolismo e, portanto, contribuem para a atividade vital do corpo exposto a eles. Tais fenômenos são usados na terapia de ultra-som.

Ultrassom em cirurgia

A cavitação e o forte aquecimento em altas intensidades levam à destruição do tecido. Este efeito usado hoje em cirurgia. O ultrassom focalizado é usado para operações cirúrgicas, o que permite a destruição local nas estruturas mais profundas (por exemplo, o cérebro), sem danificar as vizinhas. Na cirurgia, também são utilizados instrumentos ultrassônicos, nos quais a extremidade de trabalho se parece com uma lima, bisturi, agulha. As vibrações impostas a eles conferem novas qualidades a esses dispositivos. A força necessária é significativamente reduzida, portanto, o traumatismo da operação é reduzido. Além disso, manifesta-se um efeito analgésico e hemostático. O impacto com um instrumento contundente usando ultrassom é usado para destruir certos tipos de neoplasias que apareceram no corpo.

Impacto nos tecidos biológicos é realizado para destruir microorganismos e é usado em processos de esterilização medicamentos e instrumentos médicos.

Exame de órgãos internos

Majoritariamente nós estamos falando sobre o estudo da cavidade abdominal. Para este fim, um especial pode ser usado para encontrar e reconhecer várias anomalias de tecidos e estruturas anatômicas. A tarefa geralmente é a seguinte: há uma suspeita de uma formação maligna e é necessário distingui-la de uma formação benigna ou infecciosa.

O ultra-som é útil no exame do fígado e em outras tarefas, que incluem a detecção de obstruções e doenças dos ductos biliares, além de examinar a vesícula biliar para detectar a presença de cálculos e outras patologias nela. Além disso, testes para cirrose e outras doenças hepáticas benignas difusas podem ser usados.

No campo da ginecologia, especialmente na análise dos ovários e útero, o uso do ultrassom tem sido a principal direção em que é realizado com particular sucesso. Muitas vezes, a diferenciação de formações benignas e malignas também é necessária aqui, o que geralmente requer o melhor contraste e resolução espacial. Conclusões semelhantes podem ser úteis no estudo de muitos outros órgãos internos.

O uso do ultrassom na odontologia

O ultrassom também chegou à odontologia, onde é usado para remover o tártaro. Ele permite que você remova rapidamente, sem sangue e sem dor, a placa e a pedra. Ao mesmo tempo, a mucosa oral não é lesada e os "bolsões" da cavidade são desinfetados. Em vez de dor, o paciente experimenta uma sensação de calor.

Introdução

2. Rolamento de eco

3. Tipos de sonares naturais

4. O toque ajuda os morcegos a evitar obstáculos

5 morcegos de pesca

6. E os morcegos estão errados

7. Gritos no abismo

8 Radar de Elefante de Água

Conclusão

Literatura

Introdução

A descoberta da ecolocalização está associada ao nome do naturalista italiano Lazaro Spallanzani. Ele chamou a atenção para o fato de que os morcegos voam livremente em uma sala completamente escura (onde até as corujas são indefesas), sem tocar em objetos. Em seu experimento, ele cegou vários animais, mas mesmo depois disso eles voaram em pé de igualdade com os que enxergavam. O colega de Spallanzani, J. Zhyurin, realizou outro experimento no qual cobriu as orelhas dos morcegos com cera - os animais tropeçaram em todos os objetos. A partir disso, os cientistas concluíram que os morcegos navegam de ouvido. No entanto, essa ideia foi ridicularizada pelos contemporâneos, pois nada mais poderia ser dito - os sinais ultrassônicos curtos na época ainda eram impossíveis de corrigir.

A ideia de localização ativa do som em morcegos foi apresentada pela primeira vez em 1912 por H. Maxim. Ele levantou a hipótese de que os morcegos criam sinais de ecolocalização de baixa frequência batendo suas asas a uma frequência de 15 Hz.

O inglês H. Hartridge, que reproduziu os experimentos de Spallanzani, adivinhou sobre o ultrassom em 1920. A confirmação disso foi encontrada em 1938 graças à bioacústica D. Griffin e ao físico G. Pierce. Griffin propôs o nome ecolocalização (por analogia com radar) para nomear a maneira como os morcegos navegam usando o ultrassom.

1. Ultrassons em animais selvagens

Nos últimos dez ou quinze anos, os biofísicos descobriram com espanto que a natureza não parece ter sido muito mesquinha ao dotar seus filhos de sonares. De morcegos a golfinhos, de golfinhos a peixes, pássaros, ratos, camundongos, macacos, a cobaias, pesquisadores com seus instrumentos passaram para os besouros, detectando ultra-sons em todos os lugares.

Acontece que muitos pássaros estão armados com sondas de eco. Tarambolas, maçaricos, corujas e alguns pássaros canoros, apanhados em voo pelo nevoeiro e pela escuridão, fazem o reconhecimento do caminho com a ajuda de ondas sonoras. Com um grito, eles “sentem” o solo e, pela natureza do eco, aprendem sobre a altitude de voo, a proximidade de obstáculos e o terreno.

Obviamente, para fins de ecolocalização, ultrassons de baixa frequência (vinte a oitenta quilohertz) são emitidos por outros animais - cobaias, ratos, esquilos voadores marsupiais e até alguns macacos sul-americanos.

Ratos e musaranhos em laboratórios experimentais, antes de partirem para os cantos escuros e recantos dos labirintos em que sua memória foi testada, enviaram batedores de asas rápidas - ultra-sons. Na escuridão completa, eles encontram perfeitamente buracos no chão. E aqui a sonda de eco ajuda: o eco não retorna desses buracos!

Os noitibós gordos, ou guajaros, como são chamados na América, vivem nas cavernas do Peru, Venezuela, Guiana e na ilha de Trinidad. Se você decidir visitá-los, seja paciente e, o mais importante, escadas e luzes elétricas. Alguma familiaridade com os fundamentos do montanhismo também é necessária, porque os noitibós nidificam nas montanhas e muitas vezes precisam escalar penhascos íngremes para chegar até eles.

E quando você entrar na caverna com todo esse equipamento, tampe os ouvidos a tempo, porque milhares de pássaros, despertados pela luz, cairão dos beirais e das paredes e, com um grito ensurdecedor, passarão sobre sua cabeça. As aves são grandes, com até um metro de envergadura, castanho chocolate com grandes manchas brancas. Olhando para suas manobras virtuosas nas grutas sombrias do Reino de Hades, todos se espantam e fazem a mesma pergunta: como esses trogloditas emplumados, voando em completa escuridão, conseguem não tropeçar nas paredes, em todos os tipos de estalactites e estalagmites que sustentam as abóbadas das masmorras?

Apague as luzes e ouça. Depois de voar um pouco, os pássaros logo se acalmarão, pararão de gritar, e então você ouvirá o bater suave das asas e, como acompanhamento a eles, um clique suave. Aqui está a resposta para sua pergunta!

Claro, as sondas de eco funcionam. Seus sinais também são captados pelo nosso ouvido, porque soam na faixa de frequências relativamente baixas - cerca de sete quilohertz. Cada clique dura um ou dois milésimos de segundo. Donald Griffin, o pesquisador de sonar de morcegos que já conhecemos, enfiou algodão nos ouvidos de alguns guajaros e os deixou sair na sala escura. E os virtuosos dos vôos noturnos, surdos, imediatamente “cegos”: tropeçaram impotentes com todos os objetos da sala. Sem ouvir o eco, eles não podiam navegar no escuro.

Guajaros passam suas horas diurnas em cavernas. Eles também organizam seus ninhos de barro ali, colando-os de alguma forma nas cornijas das paredes. À noite, os pássaros saem das masmorras e voam para onde há muitas árvores frutíferas e palmeiras com frutos macios e parecidos com ameixas. Milhares de rebanhos também estão atacando plantações de dendezeiros. Os frutos são engolidos inteiros e, em seguida, os ossos, retornando às cavernas, regurgitam. Portanto, nas masmorras onde os guajaros nidificam, sempre há muitas "mudas" de frutas jovens, que, no entanto, morrem rapidamente: não podem crescer sem luz.

A barriga dos filhotes de guajaro recém-criados é coberta por uma espessa camada de gordura. Quando os jovens trogloditas têm cerca de duas semanas de idade, as pessoas chegam às cavernas com tochas e longas varas. Eles destroem ninhos, matam milhares de pássaros raros e imediatamente, na entrada das cavernas, engordam com eles. Embora esta gordura tenha boas qualidades nutricionais, é usada principalmente como combustível em lanternas e lamparinas.

Queima melhor que querosene e mais barato que isso - é assim que pensam na pátria de um pássaro que, pela ironia maligna do destino, está condenado a passar a vida inteira na escuridão para morrer para dar luz à casa de uma pessoa .

No sul da Ásia, da Índia à Austrália, há outro pássaro que encontra o caminho para o ninho na escuridão com a ajuda do sonar. Ela também nidifica em cavernas (às vezes, no entanto, nas rochas a céu aberto). Esta é a famosa salangana, o rápido bem conhecido de todos os gourmets locais: a sopa é cozinhada dos seus ninhos.

É assim que a salangana constrói um ninho: agarra-se a uma pedra com as patas e esfrega uma pedra com saliva pegajosa, desenhando nela a silhueta de um berço. Ele move a cabeça para a direita e para a esquerda - a saliva congela imediatamente, se transforma em uma crosta acastanhada. E a salangana lubrifica tudo de cima. As paredes do ninho crescem e um pequeno berço é obtido em uma enorme rocha.

Este berço, dizem, é muito saboroso. As pessoas escalam altas falésias, escalam as paredes das cavernas à luz de tochas e coletam ninhos de salangas. Em seguida, são fervidos em água fervente (ou caldo de galinha!), e resulta numa excelente sopa, como asseguram os conhecedores.

Mais recentemente, descobriu-se que as salangas interessam não apenas aos gastrônomos, mas também aos biofísicos: esses pássaros, voando no escuro, também enviam agentes de reconhecimento acústico que “racham como um brinquedo de corda para crianças”.

2. Rolamento de eco

A PARTIR DE ponto físico da visão, todo som é um movimento oscilatório que se propaga em ondas em um meio elástico.

Quanto mais vibrações um corpo vibrante (ou meio elástico) faz por segundo, maior a frequência do som. A voz humana mais grave (grave) vibra cerca de oitenta vezes por segundo, ou, como dizem os físicos, sua frequência chega a oitenta hertz. A voz mais alta (por exemplo, a soprano da cantora peruana Yma Sumac) é de cerca de 1400 hertz.

Na natureza e na tecnologia, são conhecidos sons de frequências ainda mais altas - centenas de milhares e até milhões de hertz. O quartzo tem um som recorde - até um bilhão de hertz! A potência sonora de uma placa de quartzo vibrando em um líquido é 40.000 vezes maior que a potência sonora de um motor de avião. Mas não podemos ficar surdos com esse “rugido infernal”, porque não o ouvimos. O ouvido humano percebe sons com uma frequência de oscilação de apenas dezesseis a vinte mil hertz. As vibrações acústicas de alta frequência são geralmente chamadas de ultra-sons, e os morcegos “sentem” os arredores com suas ondas.

Os ultra-sons se originam na laringe de um morcego. Aqui, na forma de cordas peculiares, as cordas vocais são esticadas, que, vibrando, produzem um som. Afinal, a laringe, em sua estrutura, se assemelha a um apito comum: o ar exalado dos pulmões passa por ela em um redemoinho - ocorre um "assobio" de frequência muito alta, de até 150 mil hertz (uma pessoa não ouve isto).

O morcego pode bloquear intermitentemente o fluxo de ar. Então ele explode com tanta força, como se fosse lançado por uma explosão. A pressão do ar que passa pela laringe é duas vezes maior que a de uma caldeira a vapor. Nada mal para um animal de 5 a 20 gramas!

Vibrações sonoras de alta frequência de curta duração - pulsos ultrassônicos - são excitadas na laringe de um morcego. De 5 a 60, e em algumas espécies até de 10 a 200 pulsos por segundo. Cada impulso, "explosão", dura apenas 2 a 5 milésimos de segundo (os morcegos-ferradura têm 5 a 10 centésimos de segundo).

A brevidade do sinal de áudio é um fator físico muito importante. É somente graças a ele que é possível uma ecolocalização precisa, ou seja, orientação com a ajuda de ultrassons.

De um obstáculo que está a dezessete metros de distância, o som refletido retorna ao animal em cerca de 0,1 segundo. Se o sinal sonoro durar mais de 0,1 segundo, então seu eco, refletido por objetos localizados a menos de dezessete metros, será percebido pelos órgãos auditivos do animal simultaneamente com o som principal.

Mas é justamente a partir do intervalo de tempo entre o fim do sinal enviado e os primeiros sons do eco de retorno que o morcego instintivamente tem uma ideia da distância do objeto que refletiu o ultrassom. É por isso que o pulso sonoro é tão curto.

O cientista soviético E. Ya. Pumper fez uma suposição muito interessante em 1946, que explica bem a natureza fisiológica da localização do eco. Ele acredita que o morcego emite cada novo som imediatamente após ouvir o eco do sinal anterior. Assim, os impulsos seguem-se reflexivamente, e o estímulo que os causa é o eco percebido pelo ouvido. Quanto mais próximo o morcego voa do obstáculo, mais rápido o eco retorna e, consequentemente, mais frequentemente o animal emite novos “gritos” ecoando. Finalmente, quando o obstáculo é abordado diretamente, os impulsos sonoros começam a se seguir com velocidade excepcional. Este é um sinal de perigo. O morcego muda instintivamente seu curso de voo, evitando a direção de onde os sons refletidos vêm muito rapidamente.

De fato, experimentos mostraram que os morcegos emitem apenas 5-10 pulsos ultrassônicos por segundo antes de começar. Em vôo, eles aumentam para 30. Ao se aproximar de um obstáculo, os sinais sonoros seguem ainda mais rápido - até 50-60 vezes por segundo. Alguns morcegos, enquanto caçam insetos noturnos, ultrapassando presas, fazem até 250 "gritos" por segundo.

A sonda de eco de morcego é um "dispositivo" de navegação muito preciso: é capaz de localizar até mesmo um objeto microscopicamente pequeno - apenas 0,1 mm de diâmetro!

E somente quando os experimentadores reduziram a espessura do fio esticado na sala onde os morcegos esvoaçavam para 0,07 milímetros, os animais começaram a tropeçar nele.

Os morcegos aumentam a taxa de sinais sonoros de eco a cerca de dois metros do fio. Então, por dois metros eles “tapalham” por ela com seus “gritos”. Mas o morcego não muda de direção imediatamente, ele voa mais diretamente para o obstáculo, e apenas alguns centímetros de distância dele, com um forte bater da asa, se desvia para o lado.

Com a ajuda de sonares, que a natureza os dotou, os morcegos não só navegam no espaço, mas também caçam seu pão de cada dia: mosquitos, mariposas e outros insetos noturnos.

Em alguns experimentos, os animais foram forçados a pegar mosquitos em uma pequena sala de laboratório. Eles foram fotografados, pesados - em uma palavra, o tempo todo eles monitoravam o sucesso com que caçavam. Um morcego pesando sete gramas pegou um grama de insetos em uma hora. Outro bebê, que pesava apenas três gramas e meio, engoliu os mosquitos tão rapidamente que em um quarto de hora ela “engordou” dez por cento. Cada mosquito pesa aproximadamente 0,002 gramas. Assim, em quinze minutos de caça, 175 mosquitos foram capturados - um mosquito a cada seis segundos! Muito rápido. Griffin diz que se não fosse pelo sonar, então um morcego, mesmo voando a noite toda com a boca aberta, pegaria “de acordo com a lei do acaso” um único mosquito, e então se houvesse muitos mosquitos ao redor.

3. Tipos de sonares naturais

Até recentemente, pensava-se que apenas pequenos morcegos insetívoros como nossos morcegos e morcegos têm sonares naturais, enquanto grandes raposas voadoras e cães que devoram toneladas de frutas nas florestas tropicais parecem estar privados deles. Talvez seja assim, mas então, rosetus é uma exceção, porque cães voadores desse tipo são dotados de ecolocalizadores.

Em voo, as rosetas estalam a língua o tempo todo. O som irrompe nos cantos da boca, que estão sempre entreabertos em rosetus. Os cliques lembram um pouco uma espécie de barulho de língua, ao qual as pessoas às vezes recorrem, condenando algo. O sonar primitivo de um cão voador funciona, no entanto, com bastante precisão: ele aponta um fio milimétrico a uma distância de vários metros.

Sem exceção, todos os pequenos morcegos da subordem Microchiroptera, ou seja, micro-morcegos, são dotados de ecossondas. Mas os modelos desses "dispositivos" são diferentes. Recentemente, os pesquisadores distinguiram principalmente três tipos de sonares naturais: sussurro, canto e chilrear, ou tipo de modulação de frequência.

Morcegos sussurrantes vivem nos trópicos americanos. Muitos deles, como cães voadores, comem frutas. Eles também pegam insetos, mas não no ar, mas nas folhas das plantas. Seus sinais de eco são cliques muito curtos e muito silenciosos. Cada som dura um milésimo de segundo e é muito fraco. Apenas dispositivos muito sensíveis podem ouvi-lo. Às vezes, no entanto, os morcegos sussurros “sussurram” tão alto que uma pessoa pode ouvi-los. Mas geralmente o sonar deles opera em frequências de 150 kilohertz.

O famoso vampiro também é um sussurrante. Sussurrando "feitiços" desconhecidos para nós, ele procura viajantes exaustos nas florestas podres da Amazônia e suga seu sangue. Percebemos que os cães raramente são mordidos por vampiros: uma orelha fina os avisa com antecedência sobre a aproximação de sugadores de sangue. Os cães acordam e fogem. Afinal, vampiros só atacam animais adormecidos. Mesmo esses experimentos foram feitos. Os cães foram treinados: quando ouviram o “sussurro” de um vampiro, imediatamente começaram a latir e acordaram as pessoas. Supõe-se que futuras expedições aos trópicos americanos serão acompanhadas por esses "vampirocators" treinados.

Ferraduras estão cantando. Alguns deles vivem no sul do nosso país - na Crimeia, no Cáucaso e na Ásia Central. Eles são chamados de ferraduras para os crescimentos no focinho, na forma de uma ferradura de couro com um anel duplo ao redor das narinas e da boca. Os crescimentos não são decorações ociosas: é uma espécie de bocal que direciona os sinais sonoros em um feixe estreito na direção para onde o morcego está olhando. Normalmente o animal fica pendurado de cabeça para baixo e, girando (quase trezentos e sessenta graus!) Agora para a direita, depois para a esquerda, sente o ambiente com um som. As articulações do quadril dos morcegos-ferradura tropicais são muito flexíveis, e é por isso que eles podem fazer suas curvas artísticas. Assim que um mosquito ou besouro, homing aeronave quebra um galho e começa a perseguir combustível, ou seja, comida.

E essa "aeronave" parece ser até capaz de determinar, usando o conhecido efeito Doppler dos físicos, para onde a comida voa: se ela se aproxima do galho em que a ferradura está pendurada ou se afasta dele. Assim, as táticas de perseguição também mudam.

Os morcegos-ferradura usam sons muito longos (quando comparados com os "gritos" de outros morcegos) e monótonos para a caça. Cada sinal dura um décimo ou vigésimo de segundo, e a frequência de seu som não muda - é sempre igual a cem ou cento e vinte kilohertz.

Mas nossos morcegos comuns e seus parentes norte-americanos ecoam sondas com sons de frequência modulada, assim como os melhores modelos de sonar feitos pelo homem. O tom do sinal muda constantemente, o que significa que o tom do som refletido também muda. E isso, por sua vez, significa que cada este momento A altura do eco recebido não corresponde ao tom do sinal enviado. E é claro para um não especialista que esse dispositivo facilita muito a sonoridade do eco.

4. O toque ajuda os morcegos a evitar obstáculos

Os cientistas chegaram à solução desse problema interessante quase simultaneamente em diferentes países.

O holandês Sven Dijgraaf decidiu testar se o sentido do tato realmente ajuda os morcegos a evitar obstáculos. Ele cortou os nervos táteis das asas - os animais operados voaram perfeitamente. Portanto, não há sensação de toque aqui. Então o experimentador privou os morcegos da audição - eles imediatamente ficaram cegos.

Dijgraaff raciocinou da seguinte forma: como as paredes e os objetos encontrados pelos morcegos em voo não emitem nenhum som, isso significa que os próprios ratos gritam. O eco de sua própria voz, refletido nos objetos ao redor, avisa os animais de um obstáculo no caminho.

Dijgraaff notou que o morcego abre a boca antes de decolar. Obviamente, faz sons que são inaudíveis para nós, “sentindo” o ambiente com eles. Em voo, os morcegos também abrem a boca de vez em quando (mesmo quando não estão caçando insetos).

Essa observação deu a Dijgraaf a ideia de realizar o seguinte experimento. Ele colocou uma touca de papel na cabeça do animal. Na frente, como uma viseira do capacete de um cavaleiro, uma pequena porta se abria e fechava em um boné.

Um morcego com uma porta fechada na tampa não podia voar, colidiu com objetos. Bastava levantar a viseira em um capacete de papel, pois o animal se transformava, seu voo voltava a ser preciso e confiante.

Dijgraaff publicou suas observações em 1940. E em 1946, o cientista soviético Professor A.P. Kuzyakin iniciou uma série de experimentos com morcegos. Ele cobriu suas bocas e orelhas com plasticina e os soltou em uma sala com cordas esticadas ao longo e transversalmente - quase todos os animais não podiam voar. O experimentador configurou fato interessante: os morcegos, primeiro autorizados a entrar na sala para um voo de teste com os olhos abertos, “repetidamente e com grande força, como pássaros recém-capturados, batem no vidro das janelas sem cortinas”. Isso aconteceu durante o dia. À noite, sob a luz de uma lâmpada elétrica, os ratos não esbarravam mais no vidro. Isso significa que durante o dia, quando é claramente visível, os morcegos confiam em sua visão mais do que em outros sentidos. Mas muitos pesquisadores tendiam a ignorar a visão dos morcegos.

O professor A.P. Kuzyakin continuou seus experimentos na floresta. Ele colocou tampas de papel preto nas cabeças dos bichinhos - as noites vermelhas. Os animais agora não podiam ver nem usar seu radar acústico. Os morcegos não se atreveram a voar para o desconhecido, abriram as asas e desceram sobre eles, como de paraquedas, até o chão. Apenas alguns desesperados voaram ao acaso. O resultado foi triste: bateram nas árvores e caíram no chão. Em seguida, três buracos foram cortados em tampas pretas: um para a boca, dois para as orelhas. Os animais fugiram sem medo. A.P. Kuzyakin chegou à conclusão de que os órgãos de orientação sonora dos morcegos “podem substituir quase completamente a visão, mas os órgãos do tato não desempenham nenhum papel na orientação e os animais não os usam em voo”.

Alguns anos antes, os cientistas americanos D. Griffin e R. Galambos usaram uma técnica diferente para estudar as misteriosas habilidades dos morcegos.

Eles começaram simplesmente trazendo esses animais para o aparelho de Pierce, um dispositivo que podia "ouvir" ultra-sons. E imediatamente ficou claro que os morcegos “fazem muitos chamados, mas quase todos caem na faixa de frequência que fica além do limiar do ouvido humano”, escreveu Donald Griffin mais tarde.

Com a ajuda de equipamentos elétricos, Griffin e Galambos conseguiram detectar e investigar a natureza física dos “gritos” dos morcegos. Eles também estabeleceram, introduzindo eletrodos especiais no ouvido interno dos animais experimentais, em que frequência os sons eram percebidos por seus órgãos auditivos.

5 morcegos de pesca

O pequeno morcego vermelho começa seu chilrear com um som com uma frequência de cerca de noventa quilohertz e termina com uma nota de quarenta e cinco quilohertz. Por dois milésimos de segundo, enquanto dura seu “grito”, o sinal percorre a escala de frequências duas vezes mais longa que todo o espectro de sons percebido pelo ouvido humano! Existem cerca de cinquenta ondas sonoras em um "grito", mas nenhuma delas tem duas do mesmo comprimento. Há dez ou vinte desses "gritos" modulados em frequência a cada segundo. Ao se aproximar de um obstáculo ou de um mosquito esquivo, o morcego acelera seus sinais. Agora já está cantando não 12, mas 200 vezes por segundo.

Griffin escreve: "Em um tipo conveniente de dispositivo de espionagem, cada guincho agudo emitido por um morcego soará como um clique no telefone". Se com este dispositivo chegarmos à beira da floresta, onde os morcegos caçam mosquitos, quando um deles voar, ouviremos nos fones de ouvido um toque não muito apressado “putt-putt-putt-putt”, “como de um velho motor a gasolina preguiçoso ".

Mas então o morcego partiu em busca de uma mariposa ou decidiu examinar uma pedrinha jogada - imediatamente, “pit-pit-pit-pit-bizzz” retumbou rapidamente. Agora já "os sons seguem um após o outro, como o escapamento de uma motocicleta acelerando".

A mariposa sentiu a perseguição e está tentando salvar sua vida com manobras hábeis. Mas o morcego não é menos hábil, escrevendo piruetas bizarras no céu, o ultrapassa - e o telefone não é mais escapamentos fracionários, mas o zumbido monótono de uma serra elétrica.

Relativamente recentemente, os morcegos de pesca foram descobertos. Seu sonar também é do tipo de modulação de frequência. Quatro espécies desses camundongos já foram descritas. Eles vivem na América tropical. Ao anoitecer (e alguns até à tarde) eles voam para caçar a noite toda. Eles voam baixo sobre a água, de repente abaixam as patas na água, pegam um peixe e imediatamente o enviam à boca. As patas dos pescadores de morcegos são longas e as garras são afiadas e curvas, como as de uma águia-pescadora - seu competidor emplumado, só que, é claro, não tão grande.

Alguns morcegos que comem peixes são chamados de morcegos com lábios de lebre. O lábio inferior bifurcado pende deles, e acredita-se que através deste canal um rato que esvoaça sobre o mar dirige seus sons sondando diretamente para a água.

Tendo atravessado a coluna d'água, o "chirring" é refletido da bexiga natatória do peixe e seu eco retorna ao pescador. Como o corpo do peixe é mais de noventa por cento de água, ele não reflete quase nenhum som subaquático. Mas a bexiga natatória cheia de ar é uma tela suficientemente "opaca" para o som.

Quando o som do ar entra na água e vice-versa da água no ar, ele perde mais de 99,9% de sua energia. Isso é conhecido há muito tempo pelos físicos. Mesmo que o som atinja a superfície da água em um ângulo reto, apenas 0,12% de sua energia se propaga debaixo d'água. Isso significa que os sinais de um morcego, tendo feito uma viagem dupla pela fronteira ar-água, devem perder tanta energia devido às altas tarifas que existem aqui que a força do som se tornará um milhão e meio de vezes mais fraca!

Além disso, haverá outras perdas: nem toda a energia sonora será refletida do peixe e nem toda, rompendo novamente no ar, cairá nos ouvidos do animal eco-sonante.

Depois de todos esses argumentos, não é muito difícil acreditar que a ecolocalização ar-água não seja um mito, mas uma realidade.

No entanto, Donald Griffin calculou que o pescador de morcegos volta de debaixo d'água apenas quatro vezes menos eco poderoso do que o morcego médio, ecoando insetos no ar. Já não é tão ruim. Além disso, se assumirmos que os sonares dos morcegos detectam insetos não a partir de dois metros, como ele assumiu em seus cálculos, mas já a partir de dois metros e oitenta centímetros (o que é bem possível), a intensidade do sinal de retorno será a mesma para ambos - e para o pescador e o mosquito.

“Bom senso”, conclui Griffin, “e as primeiras impressões podem ser enganosas quando estamos lidando com assuntos que estão fora do reino da experiência humana comum, sobre a qual, afinal, é construído o que chamamos de senso comum”.

6. E os morcegos estão errados

Assim como os humanos, os morcegos também podem cometer erros. E isso geralmente acontece quando eles estão cansados ou ainda não acordaram depois de passar um dia em cantos escuros. Isso é comprovado pelos cadáveres mutilados de morcegos que colidem contra o Empire Building e outros arranha-céus todas as noites.

Se um fio é esticado sobre o rio, os morcegos geralmente o tocam quando descem à água para saciar a sede com algumas gotas lambidas na mosca. Os animais ouvem dois ecos ao mesmo tempo: alto da superfície da água e fraco do fio - e não presta atenção a este último, e é por isso que eles quebram o fio.

Os morcegos, acostumados a voar por trilhas há muito testadas, escolhem sua memória como guia e depois não ouvem os protestos do sonar. Os pesquisadores realizaram os mesmos experimentos com eles que com as abelhas do antigo aeródromo. (Lembra?) Eles construíram todo tipo de obstáculos nos caminhos batidos dos séculos, pelos quais os morcegos voavam para caçar todas as noites e voltavam ao amanhecer. Os animais se depararam com esses obstáculos, embora seus sonares estivessem funcionando e alertando os pilotos com antecedência. Mas eles acreditavam em sua memória mais do que em seus ouvidos. Os morcegos muitas vezes cometem erros também porque os insetos que caçam também não são simplórios: muitos deles adquiriram anti-sonares.

No processo de evolução, os insetos desenvolveram vários dispositivos de proteção ultrassônicos. Muitas mariposas noturnas, por exemplo, são densamente cobertas de pelos finos. O fato é que materiais macios: penugem, algodão, lã - absorvem o ultrassom. Isso significa que as mariposas peludas são mais difíceis de localizar. Alguns insetos noturnos desenvolveram órgãos auditivos ultrassônicos que os ajudam a aprender antes da aproximação do perigo. Uma vez dentro do alcance do eco do morcego, eles começam a correr de um lado para o outro, tentando sair da zona de perigo. Borboletas e besouros noturnos, localizados por um morcego, até usam essa tática: dobram as asas e caem, congelando em imobilidade no chão. Nesses insetos, os órgãos auditivos geralmente percebem sons de duas faixas diferentes: de baixa frequência, em que seus parentes "falam", e de alta frequência, em que funcionam os sonares dos morcegos. Para frequências intermediárias (entre essas duas faixas) eles são surdos.

7. Gritos no abismo

ecolocalização eco direção radar dolphin

Na tarde de 7 de março de 1949, o navio de pesquisa Atlantic estava escutando o mar a cento e setenta milhas ao norte de Porto Rico. Havia grandes profundidades abaixo do navio. Cinco quilômetros de água salgada encheram uma cavidade gigantesca no solo.

E deste abismo vieram gritos altos. Um grito, depois seu eco. Outro grito e outro eco. Muitos gritos seguidos com intervalo de cerca de um segundo e meio. Cada um durou cerca de um terço de segundo, e seu tom era de quinhentos hertz.

Foi imediatamente calculado que uma criatura desconhecida estava praticando solos vocais a uma profundidade de cerca de três quilômetros e meio. O eco de sua voz foi refletido do fundo do mar e, portanto, chegou aos instrumentos do navio com algum atraso.

Como as baleias não mergulham tão fundo e os lagostins e caranguejos não fazem barulhos tão altos, os biólogos pensaram que um peixe estava gritando no abismo. E ela gritou com um propósito: ela soou o oceano com som. Medido, simplesmente, sua profundidade. Estudou o terreno, topografia de fundo.

Essa ideia agora parece inacreditável para poucos. Pois já foi estabelecido com precisão que os peixes, há muito considerados mudos, emitem milhares de todos os tipos de sons, golpeando com músculos especiais em bexigas natatórias como um tambor. Outros rangem os dentes, estalam os nós dos dedos de suas armaduras. Muitos desses estalidos, rangidos e guinchos soam na faixa ultracurta e aparentemente são usados para ecolocalização e orientação no espaço. Assim, como os morcegos, os peixes têm seus próprios sonares.

Ecolocalizadores de peixes ainda não foram estudados, mas foram muito bem estudados em golfinhos. Os golfinhos são muito falantes. Eles não vão ficar em silêncio por um minuto. O máximo de seus gritos formam um léxico coloquial, por assim dizer, mas não estamos interessados nele agora. Outros claramente servem sonares.

O golfinho-nariz-de-garrafa assobia, estala, grunhe, late, guincha em diferentes vozes na faixa de frequência de cento e cinquenta a cento e cinquenta e cinco mil hertz. Mas quando ele nada "silenciosamente", seu sonar constantemente sonda os arredores com uma "chuva" de gritos rápidos, ou, dizem eles, estalos. Eles não duram mais do que alguns milissegundos e geralmente são repetidos de quinze a vinte vezes por segundo. E às vezes centenas de vezes!

O menor respingo na superfície - e o golfinho imediatamente acelera seus gritos, "sentindo" o objeto afundando com eles. O sonar do golfinho é tão sensível que até mesmo uma pequena bolinha, cuidadosamente colocada na água, não escapará de sua atenção. Peixes jogados em uma lagoa são imediatamente detectados. O golfinho está fugindo. Não vendo presas na água lamacenta, ele a persegue inconfundivelmente. Seguindo o peixe, ele definitivamente muda de rumo. Ao ouvir o eco de sua voz, o golfinho inclina a cabeça levemente para um lado ou para o outro, como uma pessoa tentando determinar com mais precisão a direção do som.

Se você baixar várias dúzias de varas verticais em uma pequena piscina, o golfinho nada rapidamente entre elas sem atingi-las. No entanto, ele aparentemente não consegue detectar redes de malha grande com sua sonda de eco. A malha fina "apalpa" facilmente.

O ponto aqui, aparentemente, é que as células grandes são muito “transparentes” para o som, enquanto as pequenas o refletem, quase como uma barreira sólida.

William Shevill e Barbara Lawrence-Shevill, cientistas da Woods Hole Oceanographic Institution, mostraram em uma série de experimentos interessantes quão sutil é o "toque" acústico do golfinho.

O golfinho nadava em uma pequena baía, cercada do mar, e “rangia” o tempo todo. E, às vezes, o dispositivo rangeu descontroladamente de estalos muito rápidos, de língua torcida. Isso aconteceu quando pedaços de peixe foram jogados na água. Eles não apenas o jogaram, mas o colocaram silenciosamente no fundo sem nenhum respingo. Mas era difícil esconder do golfinho o mais silencioso lançamento de comida na lagoa, mesmo que ele nadasse na outra extremidade a vinte metros do local da sabotagem. E a água dessa poça estava tão turva que quando uma placa de metal foi imersa nela por meio metro, ela parecia se dissolver: nem o olho humano mais aguçado podia ver.

Os experimentadores baixaram pequenos peixes com cerca de quinze centímetros de comprimento na água. O golfinho avistou instantaneamente o peixe com uma sonda, embora mal estivesse submerso: o homem o segurou pela cauda.

Acredita-se que os estalos servem ao golfinho para orientação próxima. O reconhecimento geral da área e a sensação de objetos mais distantes são feitos por assobios. E este apito é modulado em frequência! Mas ao contrário do mesmo tipo de sonar de morcego, ele começa com notas mais baixas e termina com notas altas.

Outras baleias - e cachalotes, e baleias-comuns e belugas - também, aparentemente, se orientam com a ajuda de ultra-som. Eles simplesmente não sabem como fazem esses sons. Alguns pesquisadores pensam que o espiráculo, isto é, as narinas e os sacos aéreos do canal respiratório, outros - que a garganta. Embora real cordas vocais as baleias não, mas podem ser substituídas com sucesso - como alguns acreditam - por crescimentos especiais nas paredes internas da laringe.

Ou talvez tanto o espiráculo quanto a laringe sirvam igualmente ao sistema de transmissão do sonar.

8 Radar de Elefante de Água

Entre os muitos animais sagrados antigo Egito havia um peixe com habilidades completamente únicas.

Este peixe é mormirus, ou elefante d'água. Suas mandíbulas são alongadas em uma pequena probóscide. A capacidade inexplicável do mormyrus de ver o invisível parecia um milagre sobrenatural. A invenção do radar ajudou a resolver o mistério.

Acontece que a natureza dotou o elefante aquático com um órgão incrível - um radar!

Muitos peixes, todos sabem, têm órgãos elétricos. Mormirus também tem uma pequena "bateria de bolso" em sua cauda. A voltagem que ele gera é pequena - apenas seis volts, mas isso é suficiente.

O radar Mormyrus envia de oitenta a cem pulsos elétricos para o espaço a cada minuto. As oscilações eletromagnéticas decorrentes das descargas da "bateria" são parcialmente refletidas dos objetos ao redor e novamente retornam ao mormirus na forma de um eco de rádio. O "receptor" que capta o eco está localizado na base da barbatana dorsal de um peixe incrível. Mormirus "sente" os arredores com a ajuda de ondas de rádio!

Um relatório sobre as propriedades incomuns do mormirus foi feito em 1953 pelo East African Ichthyological Institute. Pesquisadores do Instituto notaram que o Mormyrus mantido no aquário começou a se debater inquieto quando um objeto com alta condutividade elétrica, como um pedaço de fio, foi mergulhado na água. Parece que o mormyrus tem a capacidade de sentir mudanças no campo eletromagnético excitado por seu órgão elétrico? Anatomistas examinaram os peixes. Ramos pares de grandes nervos corriam ao longo de suas costas desde o cérebro até a base da barbatana dorsal, onde, ramificando-se em pequenos ramos, terminavam em formações de tecido a intervalos iguais um do outro. Aparentemente, um órgão é colocado aqui que capta as ondas de rádio refletidas. Mormirus com nervos cortados servindo a este órgão, perdeu a sensibilidade à radiação eletromagnética.

Mormirus vive no fundo de rios e lagos e se alimenta de larvas de insetos, que extrai do lodo com mandíbulas longas, como pinças. Durante a busca por comida, o peixe geralmente fica cercado por uma espessa nuvem de lodo agitado e não vê nada ao redor. Os capitães de navios sabem por experiência própria como o radar é indispensável em tais condições.

Mormirus não é o único "radar ao vivo" do mundo. Um notável olho de rádio também foi encontrado na cauda da enguia elétrica. América do Sul, cujas “baterias” desenvolvem uma tensão recorde de até quinhentos volts e, segundo algumas fontes, até oitocentos volts!

O pesquisador americano Christopher Coates, após uma série de experimentos realizados no Aquário de Nova York, chegou à conclusão de que pequenas verrugas na cabeça de uma enguia elétrica são antenas de radar. Eles capturam ondas eletromagnéticas refletidas de objetos ao redor, cujo emissor está localizado no final da cauda da enguia. A sensibilidade do sistema de radar deste peixe é tal que a enguia pode obviamente determinar a natureza do objeto que caiu no campo de ação do localizador. Se for um animal comestível, a enguia elétrica imediatamente vira a cabeça em sua direção. Em seguida, ativa os poderosos órgãos elétricos da parte frontal do corpo - lança uma vítima de "relâmpago" - e devora lentamente a presa morta por uma descarga elétrica.

Nos mesmos rios, onde as enguias elétricas cochilam preguiçosamente no fundo, elegantes peixes-faca - Aigenmanias correm nos matagais. Sua aparência é estranha: não há nadadeiras dorsais nem nadadeiras caudais (apenas uma fina agulha nua na cauda). E esses peixes se comportam de maneira incomum: eles giram esse mesmo pináculo em todas as direções, como se cheirassem a cauda. E antes de subir em um obstáculo ou em uma caverna no fundo, eles primeiro enfiam o rabo na fenda e, se o exame der resultados positivos, por assim dizer, eles mesmos escalam lá. Mas eles não sobem de cabeça, mas de cauda. Parece que os peixes confiam nele mais do que em seus olhos.

Tudo foi explicado de forma muito simples: no final da cauda filamentosa da Eigenmania, os cientistas descobriram um “olho” elétrico, como em Mormirus.

Os gimnotídeos, que são muito semelhantes aos peixes tropicais americanos, também parecem ter radares, embora isso ainda não tenha sido comprovado.

Recentemente, o Dr. Lissman, de Cambridge, voltou a se interessar pelo bagre elétrico, há muito estudado por zoólogos, que vive nos rios da África. Este peixe, capaz de desenvolver uma tensão de até duzentos volts, caça à noite. Mas ela tem olhos muito "míopes", e no escuro ela não enxerga bem. Como então o peixe-gato encontra a presa? Dr. Lissman provou que, como a enguia elétrica, o bagre elétrico também usa suas baterias poderosas como radar.

Conclusão

Do exposto, podemos concluir que a natureza, aparentemente, não foi muito mesquinha ao dotar seus filhos de sonares. De morcegos a golfinhos, de golfinhos a peixes, pássaros, ratos, camundongos, macacos, porquinhos-da-índia, besouros, os pesquisadores moviam seus instrumentos, detectando ultrassons em todos os lugares. Os animais usam a ecolocalização para navegar no espaço e determinar a localização dos objetos ao seu redor, principalmente usando sinais sonoros de alta frequência. É mais desenvolvido em morcegos e golfinhos, também é usado por musaranhos, várias espécies de pinípedes (focas), aves (guajaro, salangas, etc.).

A origem da ecolocalização em animais permanece obscura; provavelmente se originou como substituto da visão naqueles que vivem na escuridão das cavernas ou nas profundezas do oceano. Em vez de uma onda de luz, uma onda de som começou a ser usada para localização.

Essa forma de orientação no espaço permite que os animais detectem objetos, os reconheçam e até cacem em condições de completa ausência de luz, em cavernas e em profundidades consideráveis.